EN
Kaip aliuminio ekstruzijos įranga leidžia tikslų profilio formavimą
Ekstruzijos reiškinys: per kelias sekundes kietų bilietų transformavimas į sudėtingos formos skerspjūvių profilius
Aliuminio ekstruzijos mašinos gali iš kietų cilindrinių lydinių gaminti sudėtingas, tiksliai nustatytas formas per maždaug vieną minutę. Procesas prasideda, kai šie lydiniai tolygiai įkaitinami iki apytiksliai 450–500 °C temperatūros. Šiame temperatūrų intervale aliuminis tampa pakankamai lankstus, kad būtų su juo galima dirbti, tačiau išlaiko savo stiprumo savybes. Toliau seka tikrasis sunkus darbas – galingas hidraulinis stūmoklis fiziškai stumia suminkštintą metalą per specialiai suprojektuotus matricų įtaisus. Šie matricų įtaisai veikia kaip formos, formuodami metalą į reikiamą profilio formą – ar tai būtų įspūdingos pastatų langų rėmai, arba lygūs automobilių komponentai. Metalui judant tiksliai nustatyta greičiu visą šį procesą užkertama kelią įvairioms gamybos problemoms, todėl gamyklos gali gaminti produktus labai dideliais tempais – kartais pasiekiant net arti 20 m/min greitį. Dėl šio greitos gamybos laiko, pakartojamų rezultatų ir tikslaus matmenų išlaikymo dauguma gamintojų renkasi ekstruziją, kai reikia gaminti didelius kiekius identiškų detalių, kurios turi būti tiksliai pagamintos kiekvieną kartą.
Pagrindiniai fizikos principai: šiluminė plastiskumas, hidraulinė jėga ir štampo apribojimas
Tikslus ekstrudavimas remiasi trimis pagrindiniais fizikiniais principais, veikiančiais kartu: šilumine plastiskumu, hidraulinės jėgos dinamika ir formos ribojimo mechanika. Kai aliuminis įkaitinamas pakankamai, jis tampa minkštas, tačiau vis dar išlaiko formą deformuojant be molekulinio suardymo. Šiam procesui naudojama hidraulinė sistema stumia metalą pirmyn slėgiu, viršijančiu 10 tūkst. svarų kvadratiniame colyje, kuriant tolyšų medžiagos srautą, kai ji praeina per formos angą. Pačioje formoje tiksliai suprojektuota vidinė forma visą tą hidraulinę energiją paverčia tikrosios formavimo jėgomis. Tai užtikrina nuolatinį sienelių storį (apie 0,1 mm tikslumu), tuo pačiu kovojant su metalo polinkiu po formavimo grįžti į pradinę būseną. Visi šie veiksniai kartu sukuria vienodą mikrostruktūrą visame gaminyje. Dėl to pasiekiamas geresnis korozijos apsaugos lygis ir stipresnės medžiagos nei paprastai pasiekiamos liejimo būdu, o kai kuriais atvejais stiprumas gali padidėti net apie 30 procentų. Be to, po formavimo proceso pabaigos nereikia papildomų šildymo apdorojimų.
Pagrindiniai aliuminio ekstruzijos įrangos komponentai ir jų integruotos funkcijos
Ekstruzijos preso sistema: stūmoklio, talpyklos ir išvesties stalo sinergija
Veiklos širdyje yra ekstruzijos presų sistema, kuri sujungia hidraulinius stūmiklius, talpyklas ir išvesties stalus į vieną veikiančią sistemą. Veikimo metu stūmiklis taiko kontroliuojamą jėgą, kuri kartais siekia net 15 000 tonų, stumdamas įkaitintus lydinių gabalus per talpyklą, kur temperatūra palaikoma tarp 450 ir 500 °C. Šis temperatūrų diapazonas yra labai svarbus norint pasiekti reikiamą stabilų plastinį srautą. Tuo metu, kai medžiaga išeina iš formos, ji nukreipiama į išvesties stalą. Ši dalis yra itin svarbi profilio palaikymui pirmąsias keletą vėsinimo minučių, neleisdama jam sulenktis ar susisukti netinkamoje formoje. Visos šios sudedamosios dalys, veikdamos kartu, leidžia gamintojams nuolat gaminti apie 60 metrų per minutę greičiu ir vis dėlto išlaikyti tikslų matmenis net sudėtingose konstrukcijose, pvz., plonose sienelėse ar nestandartinėse formose, kurios tiesiog „nori bendradarbiauti“.
Ekstruzijos šablonai ir įrankiai: inžinerinė tikslumas matmenų tikslumui ir paviršiaus vientisumui užtikrinti
Šiame procese naudojamos ekstruzijos matricos dažniausiai gaminamos iš H13 įrankių plieno ir dažnai azotinamos, kad geriau atlaikytų karštį. Šios matricos lemia galutinio profilio tikslumą. Šių matricų angos yra apskaičiuotos ir optimizuotos taip, kad būtų išlaikoma pageidaujama forma su maždaug 0,1 mm nuokrypio tikslumu. Kelios inžinerinės detalės veikia kartu, kad gamybos metu viskas veiktų sklandžiai. Pavyzdžiui, tam tikros guolių ilgio reikšmės padeda kontroliuoti medžiagų tekėjimo greitį, išlankos kampai neleidžia medžiagoms prilipti prie matricų paviršiaus, o atraminės konstrukcijos išsklaido slėgį, kuris visoje sistemoje gali siekti daugiau kaip 700 MPa. Visos šios rūpestingai priimtos projektavimo sprendžiamosios problemos, tokios kaip matomos matricų linijos, nenorimi sukimosi efektai ar paviršiaus pažeidimai. Dėl to gamintojai pasiekia paviršiaus šiurkštumą mažesnį nei 3,2 mikrometrų Ra ir gauna beveik idealų matmeninį tikslumą, kuris reikalingas dalims, skirtoms lėktuvų gamybai.
Aliuminio profilio formavimo procesas nuo pradžios iki pabaigos
Bilietų paruošimas: vienodas įkaitinimas iki 450–500 °C optimaliam ekstruzijos gebėjimui
Bilietų paruošimas yra tikrai svarbus, kad būtų užtikrintas tinkamas ekstruzijos procesas. Dirbant su cilindriniais bilietais, juos reikia tinkamai įkaitinti specialiose krosnyse iki apytiksliai 450–500 °C temperatūros. Šis įkaitinimas turi būti vienodas visame biliete, kad viduje neliktų šaltų dėmių. Temperatūros valdymo sistema palaiko temperatūrą su tikslumu apie ±5 °C, kas yra labai svarbu, nes tai neleidžia atsirasti nepageidaujamiems įtempimams ir oksidacijos problemoms. Po šio paruošimo etapo medžiaga tampa daug lengviau ekstruzuojama, nes ji išlieka lanksti ir lygiai tekėja per matricas be įtrūkimų ar užsikimšimų kur nors kelyje. Tinkamai paruošti bilietai turi žymiai mažiau vidinio likutinio įtempimo, todėl jie yra paruošti sudėtingoms formoms gaminti, kai yra veikiami didelių slėgio jėgų gamybos metu.
Ekstruzija, aušinimas ir ištempimas: geometrijos ir mechaninių savybių stabilizavimas
Po įkrovimo karštas ruošinys stumiamas per matricą 5–50 metrų per minutę greičiu. Išėjęs iš matricos, jis nedelsiant aušinamas stipriu oru arba vandeniu. Šis greitas aušinimas užfiksuoja specialią mikrostruktūrą ir iš karto išlaiko apie 80 % maksimalios kietumo reikšmės. Toliau seka tempimas – medžiaga ištempiama 0,5–3 procentais ilgesnė. Tai padeda pašalinti vidines metalo įtempimis, ištaisyti mažus išlinkimus ir užtikrinti, kad profilis būtų tiesus, o ne lenktųsi į šoną. Tempimas taip pat užtikrina, kad visos profilio dalys turėtų panašias stiprumo charakteristikas, nepažeisdamos paviršiaus kokybės. Paskutinis etapas – medžiagos senėjimas natūraliai laikui bėgant arba dirbtinai pagreitinamas procesas. Abiem atvejais tempimo stipris padidėja maždaug 25–40 procentų. Toks sustiprinimas suteikia konstrukcinį stabilumą pastatams, transporto priemonėms ir įvairioms pramonės srityms, kur labiausiai reikšminga patikimumo užtikrinimas.
